نوشته‌ها

پنداریا - ترجمه - فراتر از مولّدها: مراکز داده به دنبال رویکردهای جدیدی برای تامین انرژی پشتیبان هستند

عنوان اصلی مقاله: Beyond Generators: Data Centers Pursue New Approaches to Backup Energy
تاریخ انتشار و نویسنده: JULY 26, 2021 – RICH MILLER
وب‌سایت منتشر کننده: Data Center Frontier
 لینک اصلی مقاله

سوخت روغن گیاهی هیدروژنه

شرکت کراون اویل (Crown Oil)، محموله‌ی سوخت روغن گیاهی هیدروژنه (HVO) را به عنوان یک جایگزین گازوئیل برای مولّدها در تاسیسات مرکز داده کائو (Kao Data Center) در هارلو (Harlow) انگلستان، تحویل می‌دهد. (تصویر: Kao Data)

صنعت مرکز داده در حال بازنگری در رویکرد خود برای تامین برق پشتیبان است، که این نیز خود ناشی از تعهد اپراتورهای اَبَرمقیاس به توقف استفاده از سوخت گازوئیل در مولّدهای اضطراری (Emergency Generators) می‌باشد. این روند، رویکردهای جدیدی را برای یکی از مهمترین نقاط حیاتی زنجیره‌ی نیرو در زیرساخت‌های دیجیتال برانگیخته است و همانطور که اپرواتورهای مهم به دنبال ایجاد توازن مناسب بین قابلیت‌های اطمینان‌پذیری و پایدارپذیری هستند، با احتیاط این رویکردها را مدّ نظر قرار می‌دهند.

این تغییر مسیر یک شبه اتفاق نمی‌افتد. با توجه به استقرار مولّدها در تقریباً تمام مراکز داده در سراسر جهان، گذار از سوخت گازوئیل کار بزرگی است. اساساً صنعت مرکز داده ایجاد شد تا این اطمینان را ایجاد کند که کاربردهای حیاتی برای مأموریت‌ها (Mission-critical applications) هرگز قطع نمی‌شوند، و این هدف معمولاً از طریق ایجاد لایه‌هایی از زیرساخت‌های افزونه‌ی برق، از جمله سامانه‌های برق بدون وقفه (UPS) و همچنین مولّدهای پشتیبان اضطراری، محقق شده‌است.

اما اولین مهاجرت‌کنندگان، در حال پیاده‌سازی رویکردهای جدیدی برای استفاده از برق پشتیبان هستند. در اینجا نگاهی به چند رویکرد در حال پیاده‌سازی برای تاب‌آوری نیرو، از جمله سوخت‌های جایگزین، باتری‌های مقیاس بزرگ، پیل‌های سوختی و انرژی زمین‌گرمایی (Geothermal)، می‌اندازیم.

کائو دیتا (Kao Data) و مایکروسافت (Microsoft)، سوخت‌های سبزتر را امتحان می‌کنند

اولین قدم منطقی، رفتن به سمت سوخت‌های کمتر کربنی است، چرا که از سرمایه‌گذاری عظیم صورت‌گرفته در مولّدها توسط اپراتورها و ارائه‌دهندگان خدمات مرکز داده محافظت می‌کند. مایکروسافت و کائو دیتا هر کدام ابتکار عمل‌هایی با سوخت‌های جایگزین در مراکز داده خود در اروپا به خرج داده‌اند.

در همین ماه، کائو دیتا (ارائه‌دهنده بریتانیایی خدمات مرکز داده) سوخت تمام مولّدهای پشتیبان خود در محل پردیسش در هارلو، انگلستان را به سوخت‌های HVO (روغن گیاهی هیدروژنه) تبدیل کرد، که به گفته‌ی کائو خالص CO2 را تا ۹۰ درصد از خروجی مولّدهای پشتیبان آنها حذف می‌کند، و در همان حال انتشار اکسید نیتروژن، مونوکسید کربن و ذرات معلق را نیز کاهش می‌دهد.

سیمون لوفرد (Simon Lawford) مدیر فنی فروش در کراون اویل (Crown Oil)، شرکت تامین‌کننده‌ی سوخت برای کائو، می‌گوید: «سوخت HVO به طور چشم‌گیری برای محیط‌زیست بهتر از گازوئیل‌های معدنی سنتی می‌باشد. ۱۰۰٪ تجدیدپذیر، زیست تخریب‌پذیر، پایدار و غیرسمّی است. ما افتخار داریم که اولین پروژه در نوع خود را با همکاری کائو دیتا آغاز کرده‌باشیم که نقش دگرگون‌کننده‌ای در صنعت مرکز داده خواهد داشت و راه را برای کاهش چشمگیر انتشار صنعتی گازهای گلخانه‌ای نشان خواهد داد.»

HVO از روغن‌های گیاهی سنتز می‌شود، نیازی به اصلاح زیرساخت‌های موجود ندارد و می‌تواند به عنوان جایگزین مستقیم گازوئیل استفاده شود. همچنین از رشد میکروبی که باعث شکل‌گیری لجن و آلودگی در خطوط انتقال سوخت شده و به طور بالقوه می‌توانند منجر به خاموش‌شدن موتورها شوند، جلوگیری می‌کند. کائو دیتا در مرحله‌ی اول ۴۵,۰۰۰ لیتر گازوئیل را جایگزین می‌کند و هنگامی که پردیس به طور کامل توسعه یابد، بیش از ۷۵۰,۰۰۰ لیتر HVO تدارک خواهد دید.

مولّد پشتیبان در مرکز داده ابری مایکروسافت

یک مولّد پشتیبان در مرکز داده ابری مایکروسافت. (تصویر: مایکروسافت)

جرارد تیبو (Gérard Thibault)، مدیر ارشد فناوری در کائو دیتا، می‌گوید: «این حرکت به طور موثر سوخت‌های فسیلی را از چرخه‌ی عملیات مرکز داده حذف می‌کند و به ما کمک می‌کند تا میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای محدوده‌ی ۳ (شاخص انتشار غیرمستقیم گازهای گلخانه‌ای در زنجیره‌ی ارزش یک شرکت) را در زنجیره‌ی تامین مشتریان خود کاهش دهیم، در حالی که هیچ تنزّلی در سطح خدمات ارائه‌شده‌ به آنها تجربه نخواهد شد. مهم‌تر از همه، این نشان می‌دهد که چگونه صنعت ما می‌تواند یک گام ساده و بسیار سودمند به نفع محیط‌زیست، پیش از COP26 (کنفرانس تغییرات آب‌وهوایی سازمان ملل متحد که قرار است در ماه نوامبر در گلاسکو، اسکاتلند برگزار شود) بردارد.»

همچنین، مایکروسافت امروز اعلام کرد که از سوخت تجدیدپذیر کم‌کربن برای تامین برق اضطراری منطقه‌ی ابری خود در سوئد استفاده خواهد کرد. مولّدهای پشتیبان در مرکز داده جدید مایکروسافت در سوئد با سوخت Evolution Diesel Plus کار خواهند کرد، سوختی که شامل روغن تفاله پالپ است، یک محصول جانبی تجدیدپذیر از صنعت جنگل‌داری و تولید کاغذ. این سوخت که دارای ”برچسب زیست‌محیطی“ می‌باشد، توسط شرکت انرژی سوئدی پریم (Preem) تولید شده و در همکاری و هماهنگی لازم با شرکت کاترپیلار (Caterpillar) این اطمینان حاصل شده‌است که این سوخت با مولّدهای مرکز داده‌ ابری آژور مایکروسافت (Microsoft Azure) که قرار است اواخر امسال شروع به کار کند، سازگار است.

این تصمیم، هدف مایکروسافت را برای پایان‌دادن به وابستگی‌اش به سوخت گازوئیل تا سال ۲۰۳۰، به عنوان بخشی از هدفش که در نهایت «کربن‌منفی (Carbon negative)» شود، به پیش می‌برد. این سوخت دیزلی زیست‌محیطی حاوی بیش از ۵۰ درصد انرژی‌های تجدیدپذیر بوده و بنابراین تنها نیمی از اثر کربنی حاصل از استفاده از گازوئیل یا سوخت‌های پایه‌ی نفت را به همراه خواهد داشت.

گوگل (Google) و سوئیچ (Switch) چشم بر باتری‌های لیتیوم یونی (Lithium-ion) بزرگ دارند

مدت مدیدی است که قابلیت ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس شبکه‌های برق، حلقه‌ی مفقوده در تلاش صنعت مرکز داده برای تأمین توان زیرساخت‌های ابری با انرژی‌های تجدیدپذیر است. قابلیت ذخیره‌ی انرژی در محل می‌تواند یک عامل امکان‌ساز در پاسخ به الگوهای فعلی تولید متناوب (قطع‌شونده) نیرو توسط منابع تجدیدپذیر پیشتاز (صفحات خورشیدی فقط در هنگام تابش خورشید نیرو تولید می‌کنند و توربین‌های بادی در هوای آرام بی‌کار می‌مانند) محسوب شود. همچنین، استفاده از باتری‌های بزرگ می‌تواند در ادامه به نوآوری در تقسیم بار با شبکه‌ی برق و مدیریت بهتر شبکه منجر شود.

از جمله بازیگران پیشتاز این فناوری، گوگل (Google) و سوئیچ (Switch) هستند.

گوگل از باتری‌های بزرگ برای جایگزینی مولّدهای دیزلی در یکی از مراکز داده خود در بلژیک استفاده خواهد کرد و این پروژه را اولین گام در جهت استفاده از فناوری‌های پاک‌تر برای تأمین توان پشتیبان میلیون‌ها سرور خود در سراسر جهان توصیف می‌کند. جو کاوا (Joe Kava)، معاون مراکز داده در گوگل. آن را به این شکل توصیف می‌کند: «اولین گامی است که امیدواریم زمینه را برای یک چشم‌انداز بزرگ فراهم کند؛ جهانی که در آن سامانه‌های پشتیبان در مراکز داده از حالتی که خود یک مشکل منجر به تغییرات آب‌وهوایی باشند، تبدیل می‌شوند به اجزای حیاتی سامانه‌های انرژی بدون کربن.»

پروژه‌ی آزمایشی مرکز داده گوگل در بلژیک، تابستان امسال آغاز به کار کرده و از باتری‌های لیتیوم یونی بزرگ برای جایگزینی مولّدها استفاده خواهد کرد. قیمت باتری‌های لیتیوم یونی طی پنج سال گذشته حدود ۸۰ درصد کاهش یافته‌است و این امر، یکپارچه‌سازی ذخیره‌سازی با سامانه‌های انرژی خورشیدی را ممکن می‌سازد.

در ماه مارس، مایکروسافت و شرکت انرژی فرانسوی توتال (Total)، یک مشارکت دایر کردند تا امکان‌سنجی استقرار بلندمدت باتری‌های بزرگ به عنوان توان پشتیبان زیرساخت‌های حیاتی را ارزیابی نمایند، با همکاری با شرکت متخصص زیرمجموعه‌ی توتال در فناوری باتری، سَفت (Saft).

تسلا مگاپک ۳ مگاوات

تصویری از Tesla Megapack ، که ۳ مگاوات ظرفیت ذخیره‌ی انرژی را فراهم می‌کند. (تصویر: تسلا)

شرکت فناوری مرکز داده سوئیچ (Switch) اعلام کرده که قصد دارد از فناوری جدید ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگِ شرکت تسلا برای افزایش سهم خود از انرژی‌های خورشیدی در پردیس‌های عظیم مرکز داده خود در لاس وگاس (Las Vegas) و رنو (Reno) استفاده کند. سوئیچ، سال گذشته مرزها را در پروژه‌ی نیروگاهی ”گیگاواتِ ۱“ خود که از صفحه‌های اثر فتوولتائی (Photovoltaic) برای تولید ۵۵۵ مگاوات (MWs) برق خورشیدی در سه مکان استفاده می‌کند، جابجا کرد. سوئیچ می‌گوید این پروژه شامل یکی از اولین تاسیسات بزرگ تسلا مگاپک (Tesla Megapack) بوده که یک محصول جدید ذخیره‌سازی انبوه انرژی است و در Tesla Gigafactory در همسایگی سوئیچ در یک پارک تجاری در نزدیکی رنو، تولید می‌شود.

اگرچه سوئیچ به صراحت نگفته‌است که این سامانه چگونه بر استفاده او از مولّدهای دیزلی تأثیر می‌گذارد، اما این شرکت انتظار دارد از تسلا مگاپک برای ایجاد بیش از ۸۰۰ مگاوات ساعت (MWhs) ظرفیت ذخیره انرژی استفاده کند.

مایکروسافت سلول‌های سوخت هیدروژنی را امتحان می‌کند

پیل‌های سوختی یکی دیگر از ابزارهای بالقوه برای بازنگری اساسی در معماری‌های سنتی تولید نیرو در تاسیسات حیاتی برای مأموریت‌ها هستند که نیاز به سامانه‌های گران‌قیمت UPS و مولّدهای اضطراری پشتیبان را از میان بر می‌دارند. در حال حاضر به دلیل چالش‌های اقتصادی موجود استفاده از پیل‌های سوختی در مراکز داده محدود شده‌است، اما این امر در حال تغییر بوده و احتمالاً نگرانی‌های ناشی از تغیرات آب‌وهوایی نیز به‌کارگیری از آنها را تسریع می‌نماید.

اما از چه سوختی استفاده کنیم؟ این یک سوال مهم در پرداختن به موضوع «اثر کربنی» است.

یکی از امیدوارکننده‌ترین آزمایش‌ها در ژوئیه ۲۰۲۰ به نمایش گذاشته‌شد، زمانی که مایکروسافت اعلام کرد استفاده از پیل‌های سوختی هیدروژنی را برای تغذیه سرورهای مرکز داده خود با موفقیت آزمایش کرده‌است. این شرکت این آزمایش را اینگونه توصیف کرد: «اولین نمونه‌ی جهانی در نوع خود که می‌تواند کمک شایانی باشد برای تشکیل اقتصاد انرژی پاک که مدت‌های طولانی انتظار آن رفته‌است، و البته در پیرامون فراوان‌ترین عنصر موجود در کائنات.»

پیل های سوختی هیدروژنی مایکروسافت

مایکروسافت از هیدروژن ذخیره‌شده در مخازن روی تریلی‌های پارک‌شده در خارج از یک آزمایشگاه در نزدیکی سالت لیک سیتی (Salt Lake City)، یوتا (Utah)، برای سوخت‌رسانی به پیل‌های سوختی هیدروژنی که به یک ردیف از سرورهای مرکز داده برق‌رسانی می‌کردند، استفاده کرد. (عکس: نوآوری‌های برق)

مایکروسافت اعلام کرد که با استفاده از یک سامانه پیل سوختی ۲۵۰ کیلوواتی هیدروژنی در تاسیساتی در نزدیکی سالت لیک سیتی، یوتا، یک ردیف شامل ۱۰ رَک از سرورهای ابریِ Microsoft Azure را به مدت ۴۸ ساعت فعال نگاه داشت. از آنجایی که اکثر قطعی‌های برق در مراکز داده کمتر از ۴۸ ساعت به درازا می‌کشند، این آزمایش یک اثبات قوی ارائه داد که می‌توان از پیل‌های سوختی به جای مولّدهای دیزلی برای تداوم عملیات یک مرکز داده در طول زمان قطعی برق، استفاده کرد.

مارک مونرو (Mark Monroe)، سرمهندس توسعه‌ی پیشرفته‌ی مرکز داده در مایکروسافت، می‌گوید: «این بزرگ‌ترین سامانه‌ی برق پشتیبان رایانه‌ها است که اطلاع داریم با هیدروژن کار می‌کند و طولانی‌ترین آزمایش مداوم را پشت سر گذاشته‌است.» او ادامه داد: «قدم بعدی این است که یک سامانه‌ی پیل سوختیِ 3 مگاواتی تهیه و آزمایش شود تا ببینیم که چگونه این سامانه در برابر استقرار بزرگ‌تری از سرورها، مقیاس‌پذیر خواهد بود.»

در سال 2017، در یک پروژه با همکاری مک‌کینستری (McKinstry) و کامینز (Cummins)، این شرکت یک آزمایشگاه پیشرفته‌ی انرژی در سیاتل ایجاد کرد که برق ۲۰ رَک سرور را با پیل‌های سوختیِ مجهز به گاز طبیعی تامین می‌کرد.

در همین حال، شرکت ارائه‌دهنده‌ی خدمات هم‌مکانیِ اکوئینکس (Equinix) همچنان در حال گسترش استفاده از سلول‌های سوختیِ «بلوم انرژی سرور (Bloom Energy Server)» است که از گاز طبیعی استفاده می‌کنند. این شرکت اخیراً اعلام کرده‌است که پردیس پرچم‌دار آن در سیلیکون ولی (Silicon Valley) در جنوب سان خوزه (San Jose) دارای 20 مگاوات ظرفیت «بلوم» خواهد بود و اولین مکانی خواهد بود که اکوئینکس از این سیستم به عنوان مولّد اصلی استفاده می‌کند و شبکه‌ی برق و ژنراتورها نقش منابع پشتیبان را خواهند داشت.

اکوئینکس از «جعبه‌های بلوم» در ۱۲ مرکز داده در کالیفرنیا، نیویورک و لس آنجلس استفاده می‌کند. این شرکت می‌گوید پیل‌های سوختی بلوم ۲۰ تا ۴۵ درصد تمیزتر از معادل همان نیروی برق تولیدشده با استفاده از گاز طبیعی است.

«بلوم انرژی سرور» از فناوری پیل سوختی اکسید جامد استفاده می‌کند که سوخت را از طریق واکنش الکتروشیمیایی و بدون نیاز به احتراق به برق تبدیل می‌کند. این فناوری می‌تواند با گاز طبیعی یا سوخت‌های زیستی مانند بیوگاز حاصل از محل‌های دفن زباله کار کند. بلوم می گوید که پیل‌های سوختی نصب‌شده در محل (On-site) آن با استفاده‌ی کارآمدتر از سوخت نسبت به نیروگاه‌های زغال سنگ، «الکترون‌های بهتری» را ارائه می‌دهند، اتلاف برق در شبکه‌ی توزیع را از بین می‌برند و میزان انتشار گازها را به شدت کاهش می‌دهند. جعبه‌های بلوم مشخصات کربنی بهتری نسبت به بیشتر شبکه‌های تامین‌کننده‌ی برق ارائه می‌دهند و می‌توانند با انرژی‌های تجدیدپذیر نیز برای ایجاد یک راه‌حل کربن‌خنثی (Carbon neutral) استفاده شوند.

در مورد انرژی زمین‌گرمایی (Geothermal) چه‌طور؟

گزینه‌ی دیگر، انرژی زمین‌گرمایی است که به نظر می‌رسد توسعه‌ی آن در چرخه‌ی طولانی‌تری قرار  گرفته باشد. با این حال، این تلاش در حال انجام است، چرا که گوگل به زودی استفاده از انرژی زمین‌گرمایی را برای برق‌رسانی به مراکز داده خود در نِوادا با استفاده از انرژی‌های بدون کربن، آغاز می‌کند. گوگل اولین اپراتور ابریِ اَبَرمقیاس خواهد بود که از حرارت خود زمین برای برق‌رسانی به سرورهایش استفاده می‌کند، رویکردی که قادر است انرژی سبز را در طول شبانه‌روز تأمین نماید.

گوگل قصد دارد با شرکت نوپای فِروُ انرژی (Fervo Energy) که فعال در زمینه‌ی انرژی‌های پاک است، برای توسعه‌ی نسل بعدی پروژه‌های برقی زمین‌گرمایی کار کند که قرار است از سال ۲۰۲۲ شروع به افزودن انرژی بدون کربن به شبکه‌ی برق نِوادا نماید. این سامانه، از کابل‌های فیبر نوری زیرزمینی به عنوان حسگر برای شناسایی بهترین مکان‌ها برای پیدا کردن انرژی زمین‌گرمایی استفاده می‌کند.

مایکل تِرل (Michael Terrell)، مدیر بخش انرژی در گوگل، می‌گوید: «این پروژه‌ی فِروُ نه تنها مراکز داده ما در نِوادا را به بهره‌گیری از انرژی پاک شبانه‌روزی نزدیک می‌کند، بلکه به‌عنوان اثبات مفهومی که نشان می‌دهد چگونه منابع انرژی پاکی چون نسل بعدی زمین‌گرمایی می‌توانند در نهایت کمک کنند که منابع انرژی منتشرکننده‌ی کربن در سراسر جهان جایگزین شوند، نیز عمل می‌کند.»

مسیر پیشِ رو

طبق جمع‌بندی سال گذشته‌ی مؤسسه‌ی آپ‌تایم (Uptime)، رسیدن به هدف از میان برداشتن سوخت‌های دیزلی از زنجیره‌ی عملیات مرکز داده، به دلایل ملاحظات اقتصادی و عملیاتی حاضر، چالش برانگیز است.

آنطور که اندی لارنس (Andy Lawrence)، از مؤسسه آپ‌تایم، در یک مطلب در بلاگ مؤسسه اشاره می‌کند: «تقریباً هر بهره‌بردار و مالک مرکز داده می‌خواهد ژنراتورها را از میان برداشته و آنها را با یک فناوری پاک مدرن‌‌تر جایگزین نماید. اما تا به امروز، هیچ فناوری دیگری به طور موثر نتوانسته است مؤلفه‌هایی چون هزینه‌های عملیاتی پایین، چگالی انرژی، قابلیت اطمینان‌پذیری، کنترل محلی و تا زمانی که سوخت قابل تحویل باشد، تداوم بدون انتهای تامین نیرو را با یکدیگر ترکیب نماید … تعداد اندکی، بسیار اندکی، تنها توانسته‌اند در اندیشه‌ی محیط‌های عملیاتی بدون نیاز به دیزل ژنراتورها باشند.»

خبر خوب اینکه، بزرگ‌ترین و نوآورترین شرکت‌های فناوری جهان در حال کار و سرمایه‌گذاری برای پیشبرد این تغیرات هستند.


منتشر شده در  وب‌سایت Data Center Frontier
برگردان توسط حامد معین‌فر
در شرکت مهندسین فناور پندار آریا – پنداریا